微訪談：Transphorm公司技術(shù)營銷副總裁Philip Zuk先生

根據(jù)Yole Développement（以下簡稱YD）公司近期發(fā)布的《功率GaN：外延、器件、應(yīng)用及技術(shù)趨勢-2017版》報(bào)告，2016年，全球功率GaN市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了1400萬美元。相對于總規(guī)模達(dá)到驚人的300億美元的硅功率半導(dǎo)體市場，功率GaN市場還顯得很微不足道。不過，功率GaN技術(shù)憑借其高性能和高頻解決方案適用性，短期內(nèi)預(yù)計(jì)將展現(xiàn)巨大的市場潛力。功率GaN技術(shù)憑借其高速轉(zhuǎn)換性能，由高壓驅(qū)動電池和DC-AC工廠自備輔助電源的充電，以及DC-DC buck向12V和未來48V電池的轉(zhuǎn)變所帶來的未來市場，都為GaN帶來了無線可能。Transphorm公司等市場主要廠商已經(jīng)獲得了汽車應(yīng)用產(chǎn)品認(rèn)證，這將使EV/HEV（電動汽車/混合動力汽車）領(lǐng)域的GaN應(yīng)用最終獲得放量。Transphorm公司是一家全球化的半導(dǎo)體公司，為高壓功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用開發(fā)了完整認(rèn)證的650 V GaN功率器件。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日Transphorm公司剛剛獲得了Yaskawa公司（安川電機(jī)）的1500萬美元投資。在此背景下，Yole和Transphorm公司技術(shù)營銷副總裁Philip Zuk先生取得了對話，共同探討了Transphorm公司近期的新動向和未來前景，以及全球GaN產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。

2016~2022年按應(yīng)用細(xì)分的GaN功率器件市場（引自：《功率GaN：外延、器件、應(yīng)用及技術(shù)趨勢-2017版》）
YD：請您介紹一下Transphorm的歷史及主要產(chǎn)品。
Philip Zuk（以下簡稱PZ）：Transphorm公司的創(chuàng)始人Primit Parish和Umesh Mishra早年創(chuàng)辦并成功運(yùn)營了一家名為Nitres的GaN LED公司，在Nitres被Cree（科銳）收購后，2007年，兩人便聯(lián)合創(chuàng)辦了Transphorm公司。十年來，Transphorm公司一直專注于將高壓（HV）GaN FET（場效應(yīng)晶體管）推向市場。致力于為電力電子市場（數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、PV轉(zhuǎn)換器、感應(yīng)/伺服電機(jī)、工業(yè)及汽車等商業(yè)供電市場）設(shè)計(jì)、制造和銷售業(yè)內(nèi)頂級品質(zhì)和可靠性的GaN技術(shù)產(chǎn)品。2013年，Transphorm公司推出了業(yè)內(nèi)唯一經(jīng)過JEDEC認(rèn)證的GaN器件。2017年3月，我們又繼續(xù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)，推出了市場上僅有的一款經(jīng)過AEC-Q101認(rèn)證的650V車用GaN器件。

Transphorm公司經(jīng)AEC-Q101認(rèn)證的FET器件TPH3205WSBQATransphorm公司的獨(dú)特優(yōu)勢包括：- 業(yè)內(nèi)唯一能夠供應(yīng)經(jīng)JEDEC和AEC-Q101認(rèn)證的技術(shù)和產(chǎn)品；- 擁有業(yè)內(nèi)規(guī)模最大的GaN技術(shù)專利組合；- 最豐富的器件/封裝解決方案供應(yīng)能力；- 終端客戶產(chǎn)品已經(jīng)量產(chǎn)的GaN供應(yīng)商之一；- 擁有較完整的外延（EPI）、設(shè)計(jì)和器件制造工藝價(jià)值鏈：這為Transphorm公司提供了多種抓手，使其GaN平臺的品質(zhì)、可靠性及性能得到最大化。
YD：您能跟我們分享一下Transphorm公司近期在GaN技術(shù)領(lǐng)域的最新突破嗎？Transphorm公司是否會制造并認(rèn)證1200V的GaN器件？
PZ：我們正在努力推出我們的第三代常閉GaN FET技術(shù)。該技術(shù)的閾值將提高到4.0V，提高了其抗噪能力和器件性能，無需負(fù)柵極驅(qū)動，并且相比上代產(chǎn)品降低了整體成本。新一代GaN技術(shù)可提供傳統(tǒng)的通孔封裝（through-hole packages, TO-XXX），以及表面貼裝分立封裝（SMD）。與此同時(shí)，Transphorm正在基于我們常閉共源共柵GaN FET——金屬絕緣高電子遷移晶體管（Metal Insulated High Electron Mobile Transistor）D-Mode器件，開發(fā)一種E-Mode技術(shù)。這種GaN器件的結(jié)構(gòu)有別于目前市場上其它供應(yīng)商的E-Mode器件。
YD：Transphorm公司相對GaN產(chǎn)業(yè)的其它廠商，優(yōu)勢有哪些？
PZ：我們的優(yōu)勢很多，如上所述，我們擁有覆蓋完整價(jià)值鏈的垂直整合業(yè)務(wù)模式，包括EPI、設(shè)計(jì)、制造以及應(yīng)用支持，使我們能夠在產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，從而帶來更高的產(chǎn)品品質(zhì)和可靠性。我們也創(chuàng)造了很多業(yè)內(nèi)首創(chuàng)且唯一的里程碑。Transphorm公司設(shè)計(jì)并制造了業(yè)內(nèi)唯一獲JEDEC認(rèn)證的GaN產(chǎn)品，并有公開數(shù)據(jù)支持的產(chǎn)品壽命和可靠性（HTOL、HVOS、HTDC）。我們還設(shè)計(jì)并制造了唯一獲得AEC-Q101認(rèn)證的GaN平臺，能夠滿足汽車產(chǎn)業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。我們的GaN技術(shù)能夠提供市場上最高的電壓閾值（4.0V）和最高的抗噪性能。相比競爭產(chǎn)品，我們提供的標(biāo)準(zhǔn)易用型TO-xxx封裝產(chǎn)品，在功率輸出方面提高了40%。我們還針對高側(cè)和低側(cè)位置，分別提供漏極和源極SMD器件。最后，Transphorm公司的GaN已經(jīng)在大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用，有些產(chǎn)品已經(jīng)公開發(fā)布（服務(wù)器、伺服電機(jī)、電源功率級、GaN設(shè)計(jì)模組等）。
YD：目前，SiC MOSFET正在快速發(fā)展，逐漸滲透進(jìn)入多個(gè)市場，您覺得SiC MOSFET在600V電壓范圍的市場前景如何？PZ：600V/650V FET應(yīng)用市場很大（如超級結(jié)總體有效市場規(guī)模大約在7~8億美元之間），包括了全球流行的輸入從85 Vac到264 Vac的所有標(biāo)準(zhǔn)單相l(xiāng)ine-to-neutra或line-to-line產(chǎn)品。因此，這個(gè)電壓區(qū)間自然是所有廠商都想涉足的市場。事實(shí)上，SiC憑借其機(jī)遇正在滲透這塊市場。相比硅上GaN（GaN-on-Si）技術(shù)，SiC擁有更長的時(shí)間來降低成本。不過，盡管SiC技術(shù)目前看來很有吸引力，但是我們預(yù)計(jì)當(dāng)HV GaN-on-Si技術(shù)逐漸成熟，隨著現(xiàn)在和未來技術(shù)的發(fā)展，GaN-on-Si將帶來更高的投資回報(bào)和更高的性能。在600V市場肯定會一直有客戶采用SiC技術(shù)，但是可靠性更高的GaN技術(shù)最終將更加適合于服務(wù)這塊應(yīng)用市場。
YD：這些不同的技術(shù)將長期共存嗎？或者說，其中之一是否會最終主導(dǎo)市場？
PZ：Si、GaN以及SiC技術(shù)將在未來較長的時(shí)期內(nèi)長期共存。此前，很多人聲稱74ACxxx邏輯器件將逐漸消失，但是，現(xiàn)在它仍然存在，并且市場應(yīng)用良好。許多客戶將繼續(xù)使用上個(gè)世紀(jì)80年代中期就上市的IRFxxx MOSFETs，因?yàn)檫@種技術(shù)已經(jīng)足夠“好”了。再加上為了采用更新的技術(shù)，客戶將不得不重新進(jìn)行相關(guān)認(rèn)證（即使價(jià)格上漲）。在這段多種技術(shù)共存的時(shí)期，需要注意的是，根據(jù)不同應(yīng)用的功率等級、性能要求以及價(jià)格因素，某種技術(shù)相比其它技術(shù)可能更加適宜。不過，當(dāng)系統(tǒng)趨向更小的尺寸以及更高的功率等級，GaN技術(shù)必將逐步侵蝕其它技術(shù)已有的市場份額。
YD：我們聽說為了使GaN器件獲得最優(yōu)的性能，需要采用新的封裝解決方案，您對此怎么看？
PZ：我并不這么認(rèn)為。GaN技術(shù)和SiC技術(shù)不同。對于SiC技術(shù)，如果希望應(yīng)用其高溫性能，則需要采用新的高溫封裝方案?？v使GaN技術(shù)相比Si和SiC具有更快的上升和下降時(shí)間，仍然可以并將繼續(xù)采用傳統(tǒng)的封裝方案。例如，對于我們的PQFN 88封裝，我們?nèi)サ袅怂械腒elvin source聯(lián)接（開爾文聯(lián)接），因?yàn)闆]有任何的性能或抗噪優(yōu)勢（目前Si SJ正應(yīng)用Kelvin source）。為了提高板級的可靠性，電源供應(yīng)商采用了多層板（>10層），為此我們還增加了電極片。因?yàn)槲覀兊腜QFN 88封裝不再需要開爾文聯(lián)接，使標(biāo)準(zhǔn)的TO-xxx封裝能夠?yàn)楦叩墓β蕬?yīng)用，提供改善的散熱性能。此外，談到封裝架構(gòu)，引線聯(lián)接解決方案也不會逐漸消失。無論GaN封裝如何改變，技術(shù)的發(fā)展仍將繼續(xù)，例如鍵合片之于鍵合線，以及頂部冷卻等。事實(shí)上，這些發(fā)展將惠及所有技術(shù)。
YD：如今大多數(shù)公司都在爭相進(jìn)入600V市場。您認(rèn)為對于新進(jìn)廠商來說，在低壓GaN市場（0~200V）是否存在機(jī)遇？
PZ：目前，需要12V和24V輸出的應(yīng)用大多采用了低壓GaN技術(shù)，以在DC-DC變換器中提高效率。因此，可以看到HV和LV/MV GaN器件在AC-DC變換器（如服務(wù)器、存儲器和網(wǎng)絡(luò)電源）中彼此互補(bǔ)。無線充電和LiDAR（汽車激光雷達(dá)）也是中低電壓GaN器件的重要市場。大多數(shù)GaN廠商選擇了HV或LV/MV技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域。
YD：在您看來，什么市場將推動GaN技術(shù)走向主流？
PZ：目前增長最快且不斷向前發(fā)展的市場便是汽車市場。2020年代開始，您將在汽車車載充電器、DC-DC變換器和DC-AC逆變器上看到GaN應(yīng)用。汽車傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)引擎不會立刻消失，但是電動汽車正在不斷增長，自動駕駛汽車也即將到來。已經(jīng)有部分汽車廠商（福特和沃爾沃）宣稱， 2020年以后將不再銷售純內(nèi)燃機(jī)引擎汽車。此外，到2030年，全球汽車銷量的30%預(yù)計(jì)將為非內(nèi)燃機(jī)引擎。并且，以下應(yīng)用也將持續(xù)推動高、中、低電壓GaN技術(shù)的市場增長：- 廣泛的工業(yè)領(lǐng)域（例如不間斷電源、工廠自備電源、以及那些無法滿足效率等級要求的應(yīng)用）；- 服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；- 汽車（LiDAR）；- 某些消費(fèi)類/計(jì)算應(yīng)用的低功率集成功率器件或單片驅(qū)動器+ GaN FET器件。

GaN在電動汽車中的應(yīng)用
YD：您感覺汽車市場是否已經(jīng)準(zhǔn)備好采用GaN技術(shù)了？您認(rèn)為什么市場是推動GaN應(yīng)用的主要驅(qū)動力？
PZ：我不太確定。目前，幾乎所有的市場我們都有了早期采用者，但是還有更多的“跟隨者”仍在觀望，等待合適的時(shí)機(jī)迅速切入。而這個(gè)合適的時(shí)機(jī)，考量的因素是多方面的，主要包括：- 質(zhì)量和可靠性- 多供應(yīng)商機(jī)制所帶來的機(jī)遇- 對技術(shù)的認(rèn)知（已準(zhǔn)備就緒）- 采用GaN技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)（硬件和固件開發(fā)）- GaN技術(shù)研究的技術(shù)資源- 相對現(xiàn)有技術(shù)，對GaN技術(shù)優(yōu)勢的了解- 從“系統(tǒng)成本”而非部件成本，了解GaN技術(shù)GaN是一種源自RF（射頻）和LED領(lǐng)域的橫向器件，因此，它對于功率電子工程師來說是一種新事物。教育和培訓(xùn)是應(yīng)用的關(guān)鍵，這也是我們?yōu)槭裁匆恢痹诖蛟煸O(shè)計(jì)資源庫，并和客戶緊密合作以支持它們設(shè)計(jì)開發(fā)的原因。我們還開發(fā)并制造了評估套件，并將推出多款參考設(shè)計(jì)，以幫助設(shè)計(jì)人員更從容地采用GaN技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。談到市場驅(qū)動力，我認(rèn)為或?qū)⑹?00 V或以上的某種商用供電市場。

Transphorm公司開發(fā)的Totem Pole PFC（4kW）評估套件
YD：如今，大代工廠正在涉足GaN市場。您如何評價(jià)功率電子產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)IDM模式和Fabless模式？
PZ：就GaN技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)品上市要求的資本消耗率、資源規(guī)模而言，這兩種模式都各具優(yōu)勢。Fabless模式的短板是需要采用其它廠商的標(biāo)準(zhǔn)工藝，或?qū)砗芏嗦闊?。這或?qū)?dǎo)致GaN器件供應(yīng)商在性能、質(zhì)量或可靠性方面進(jìn)行一定的妥協(xié)。我們也知道所有FET技術(shù)的“秘方”主要在EPI。因此，圍繞EPI的控制和專利不僅對于開發(fā)單個(gè)平臺很關(guān)鍵，對于長期的技術(shù)發(fā)展也至關(guān)重要。就目前市場上的E-Mode技術(shù)而言，在產(chǎn)品層面還沒有任何換代級別的提升或改變。掌握工藝、EPI和設(shè)計(jì)，不僅可以使供應(yīng)商長期地對技術(shù)進(jìn)行微調(diào)，還可以提高或降低供應(yīng)電壓。這是針對現(xiàn)有解決方案，打造突破性技術(shù)的真正最有效的方法。我們已經(jīng)選擇了一家代工廠合作伙伴，這條工藝線上的工程師是我們Transphorm公司自己的員工。這使我們在控制質(zhì)量的同時(shí)，還能獲得第一手經(jīng)驗(yàn)，幫助我們開發(fā)新一代產(chǎn)品時(shí)，在制造層面優(yōu)化技術(shù)。
YD：Transphorm未來5年的前景如何？將會有哪些重要的發(fā)展？
PZ：Transphorm的前景令人興奮！如果我把我們計(jì)劃的未來都劇透光了，還有什么驚喜可言？盡請期待，Transphorm在不遠(yuǎn)的將來會帶來更多激動人心的產(chǎn)品。